Иридиевый катализатор селективно расщепил полиуретан в смеси пластиков

Японские химики научились выборочно извлекать полиуретан из смеси пластиков. Иридиевый катализатор разрушает именно этот полимер, практически не затрагивая полиэстер, полиамид и другие распространенные пластики. Такой подход может упростить химическую переработку смешанных отходов, например, спортивной одежды. Результаты исследования опубликованы в журнале Angewandte Chemie.

Сегодня в мире перерабатывается не более 12 процентов всех пластиковых отходов. Одним из самых проблемных типов считаются так называемые смешанные пластиковые отходы. Например, материалы для спортивной одежды и купальников делаются из смеси эластана (полиуретана) с полиэстером (полиэтилентерефталатом) и нейлоном (полиамидом). Эти полимеры нужно перерабатывать разными способами, а разделить переплетенные волокна практически невозможно, поэтому даже в странах с развитой индустрией переработки отходов пластиковую одежду можно только сжечь либо отправить на свалку.

Остроумное решение проблемы предложили японские химики под руководством Киоко Нозаки (Kyoko Nozaki) из Университета Токио. Ученые использовали гидрогенолиз — расщепление полимерных цепей с помощью водорода, активированного на катализаторе. Чтобы добиться селективного расщепления полиуретана, они испытали иридиевый катализатор в сочетании с различными основаниями. Слабые основания не давали нужного каталитического эффекта, а сильные основания ускоряли не только разрушение полиуретана, но и побочную реакцию переэтерификации. В результате оптимальным оказался цианозамещенный фенолят калия: он практически полностью подавлял побочную реакцию, сохраняя высокую активность катализатора по отношению к полиуретану.

После оптимизации условий Нозаки и его коллеги проверили метод на реальных материалах. Из ткани спортивной майки, состоящей на 88 процентов из полиэстера и на 12 процентов из эластана, удалось практически полностью удалить полиуретановый компонент, сохранив структуру полиэстера. Метод газовой хроматографии подтвердил присутствие продуктов разложения полиуретана. А вот этиленгликоля — одного из мономеров полиэстера  — на хроматограмме не было даже в следовых количествах. Это подтвердило, что полиэстер не подвергался разложению. Аналогичные результаты авторы работы получили и для ткани из смеси эластана с нейлоном, а еще — для кухонных губок из полиуретана и полиэтилентерефталата.

В будущем исследователи планируют научиться эффективно выделять продукты разложения полиуретана, а также масштабировать процесс. Если это получится, селективный гидрогенолиз может стать новой стратегией химической переработки смешанных пластиков. 

Ранее мы рассказывали о катализаторах на основе платины и молибдена, которые помогли переработать углекислый газ в метанол. А подробнее о разных катализаторах и их подборе можно почитать в нашем материале «Потемки катализа».